DE3413374A1

DE3413374A1 - Optisches justierverfahren

Info

Publication number: DE3413374A1
Application number: DE19843413374
Authority: DE
Inventors: Heinz Prof. Dr.Rer.Nat. 5100 Aachen Beneking
Original assignee: Telefunken Electronic GmbH; Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Telefunken Electronic GmbH; Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1984-04-10
Filing date: 1984-04-10
Publication date: 1985-10-17
Also published as: US4641921A

Description

Licentia Patent-Verwaltungs GmbH _o/ _Λ _{n o} r- ,

Theodor-Stern-Kai 1 ok ίθθ/4

6000 Frankfurt 70

TELEFUNKEN electronic GmbH
Theresienstr. 2
7100 Heilbronn

Heilbronn, den 22.03.84 PTL-HN/Ma-ma - HN 83/19

Optisches Justierverfahren

Die Erfindung betrifft ein optisches Justierverfahren beim Proximity-Printing, bei dem eine Maske in geringem Abstand von einem Substrat, auf das die Maskenstruktur abgebildet werden soll, entfernt ist.

In der Halbleitertechnik werden die Strukturen in einer Maske auf ein Substrat übertragen, das beispielsweise mit einer licht- oder strahlungsempfindlichen Photoschicht bedeckt ist, die partiell über die Maskenabbildung belichtet wird. Vor dem Belichtungsschritt und dem nachfolgenden Entwicklungsprozeß müssen die Strukturen auf der Maske auf die Substratoberfläche bzw. auf die auf der Substratoberfläche befindlichen Strukturen exakt einjustiert werden. Die Justierung muß um so genauer erfolgen, je feiner die zu erzeugenden Strukturen sind. Als Justierhilfen enthält in der Regel sowohl die Maskenstruktur als auch die SubStruktur auf dem Substrat Justiermarken, die beim Justierprozeß in Übereinstimmung gebracht werden.

Für die Justierung sind zwei Verfahren üblich. Beim einen Verfahren handelt es sich um die sogenannte Kontaktkopie, bei der die Maske direkt auf die Oberfläche des Substrats aufgelegt wird. In diesem Fall liegen die Strukturen der Maske und der Substratoberfläche im wesentlichen in einer Ebene, so daß eine

gleichzeitig scharfe Abbildung von Justiermarken in der Maske und Justiermarken auf der Substratoberfläche in eine gemeinsame Bildebene über eine Optik unproblematisch ist. Bei einem anderen bekannten Verfahren, der sogenannten Projektionsmaskierung, werden die Maske und das Substrat nicht zur Deckung gebracht, sondern befinden sich in verschiedenen, voneinander getrennten Aufnahmevorrichtungen. Die Strukturen in der Maske werden dann über eine aufwendige Optik auf die Substratoberflache abgebildet.

Eine Variante der Kontaktkopie ist das sogenannte Proximity-Printing. In diesem Fall wird ein extrem geringer Abstand zwischen der Substratoberfläche und der darüber angeordneten Maske eingehalten, der manuelle Beschädigungen der Maske und der Strukturen in der Substratoberfläche verhindert. Bei diesem Verfahren kann die Standzeit der zum Einsatz kommenden Masken wesentlich erhöht werden. Außerdem läßt sich aufgrund der Vermeidung mechanischer Beschädigungen die Elementausbeute wesentlich erhöhen. Der Abstand zwischen der Maske und der Substratoberfläche beträgt beispielsweise 20 - 100 μπι. Die Tiefenschärfe des verwendeten Objektivs, das zur Abbildung der Maskenstrukturen und der Strukturen der Substratoberfläche in eine gemeinsame Bildebene verwendet wird, ist dann so zu wählen, daß die Strukturen beider verwendeten Objektebenen möglichst scharf in die Bildebene abgebildet werden. Diese Bedingung kann jedoch dann nicht mehr eingehalten werden, wenn sehr feine Strukturen abgebildet werden sollen und eine starke Vergrößerung der Justiermarken in die gemeinsame Bildebene erforderlich ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein optisches Justierverfahren für das Proximity-Printing anzugeben, bei dem auch sehr feine Strukturen, die

stark vergrößert werden müssen, in eine Bildebene scharf abgebildet werden, so daß ein unproblematisches Einjustieren der beiden Objektebenen aufeinander gewährleistet ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Strukturen der Maske und des Substrats mit Licht unterschiedlicher Wellenlänge in eine gemeinsame Bildebene scharf abgebildet werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird für die Abbildung ein Objektiv verwendet, das für die beiden verwendeten Lichtwellenlängen derart optimal korrigiert ist, daß in einer gemeinsamen Bildebene die Maskenstruktur durch die eine Lichtwellenlänge und die Substratstruktur durch die andere Lichtwellenlänge scharf abgebildet wird. Der Fokusabstand eines derartigen Objektivs für die beiden verwendeten Lichtwellenlängen entspricht daher dem Proximity-Abstand zwischen der Maske und der Substratoberfläche. Der Proximity-Abstand liegt großenordnungsmaßig im Bereich zwischen 20 und 100 um. Das optische Justierverfahren kann insbesondere dann verwendet werden, wenn die Strukturen durch Röntgenlithographie von der Maske auf die Substratoberfläche übertragen werden, da dieses Belichtungssystem insbesondere für den Bereich extrem feiner Strukturen im sub-um-Bereich vorgesehen ist. Das für die Justierung vorgesehene Licht unterschiedlicher Wellenlänge wird so gewählt, daß etwaige auf dem Substrat vorhandene Photolacke nicht belichtet werden. Die Belichtung der Photolacke erfolgt dann bei der Röntgenstrahllithographie über die Röntgenstrahlen.

Bei einer anderen geeigneten Ausführungsform des optischen Justierverfahrens wird die Maskenstruktur und die Substratstruktur über getrennte Strahlengänge mit einer durch Filter bestimmten Lichtwellenlänge über eine, jedem Strahlengang zugeordnete, gesonderte Optik scharf

in eine, beiden Stahlengänge gemeinsame Bildebene abgebildet. Für dieses Verfahren sind jedoch in der Regel drei unterschiedliche Optiken erforderlich, da die getrennten Strahlengänge über eine zusätzliche Optik in der Bildebene zusammengeführt werden müssen.

Die Erfindung wird nachstehend noch anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Hierbei zeigt die Figur 1 das unproblematische Justierverfahren bei der reinen Kontaktkopie, während

Figur 2 den prinzipiellen Aufbau des erfindungsgemäßen Justierverfahrens beim Proximity-Printing darstellt.

Aus der Prinzipdarstellung in Figur 1 ist ersichtlich, daß die Maskenebene M mit der Substratebene S bei der direkten Kontaktkopie zusammenfällt. Mit H ist die Hauptebene des Objektivs bezeichnet, das einen Brennpunkt F aufweist. Über das Objektiv werden die in einer Ebene liegenden Strukturen der Maske und des Substrats scharf in die Bildebene B übertragen.

Gemäß der Darstellung in Figur 2 ist die Maskenebene M in einem geringen Abstand über der Substratoberfläche S angeordnet. Dieser Abstand, der als Proximity-Abstand P bezeichnet wird, beträgt ca. 20 - 100 um. Die Hauptebene des Objektivs ist wiederum mit H bezeichnet und die Bildebene mit B. Es wird ein Objektiv verwendet, das auf zwei Wellenlängen λ, und λ₂ in an sich bekannter Weise optimal derart korrigiert ist, daß das Objektiv für beide Wellenlängen eine unterschiedliche Brennweite und damit auch unterschiedliche Brennpunkte FX.. und FX- aufweist. Mit der Wellenlänge X₁ wird die von der Bildebene weiter entfernte Substratoberfläche abgebildet, während mit der Wellenlänge λ2 die Maskenstruktür abgebildet wird. Für die Wellenlängen gilt in diesem Fall z. B. X₁ > X₇. Wie aus der Prinzipdarstellung in Figur 2 ersichtlich, ist der Fokusabstand des Objektivs

bezüglich der beiden verwendeten Lichtwellenlängen so gewählt, daß die Struktur der Maske mit der zugeordneten Struktur im Substrat in einem Bildpunkt in der Bildebene B zusammenfällt.
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Die für das optische Justierverfahren verwendeten Wellenlängen λ- und λ₂ müssen bei der Verwendung von Photolacken so gewählt werden, daß diese Wellenlängen im Photolack keine Belichtung bewirken. Beispielsweise kann für das optische Justierverfahren eine Lichtwellenlänge im sichtbaren Gelbbereich und eine Lichtwellenlänge im sichtbaren Rotbereich verwendet werden.

Die eigentliche Übertragung der Maskenstruktur in die Ebene der Substratoberfläche, die beispielsweise mit einem licht- oder strahlungsempfindlichen Photolack beschichtet ist, erfolgt mit Hilfe der Röntgenstrahl-Lithographie. Diese Technik hat den Vorteil, daß praktisch parallele Strahlen zur Verfügung stehen, so daß die Maskenstrukturen durch Parallelprojektion in die Ebene der Substratoberfläche übertragen werden. Neben einer Röntgenröhre kann zur Erzeugung der Strahlen auch eine sogenannte Synchrotronstrahlröhre verwendet werden, die einen relativ großen Proximity-Abstand zuläßt und für die Strukturierung in sub-um-Bereich geeignet ist.

Durch das erfindungsgemäße optische Justierverfahren wird sichergestellt, daß auch bei der Röntgenstrahl-Lithographie bzw. bei der Belichtung über andere unsichtbare Strahlung oder unsichtbares Licht eine scharfe Einjustierung der Justiermarken in beiden Ebenen beim Proximity-Printing gewährleistet ist.

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Claims

Licentia Patent-Verwaltungs GmbH ^ Λ 1 Q Q 7 Λ Theodor-Stern-Kai 1 04100 /H 6000 Frankfurt 70 TELEFUNKEN electronic GmbH Theresienstr. 2 7100 Heilbronn Heilbronn, den 22.03.84 PTL-HN/Ma-ma HN 83/19 Patentansprüche

1) Optisches Justierverfahren beim "Proximity-Printing", bei dem eine Maske in geringem Abstand von einem Substrat, auf das die Maskenstruktur abgebildet werden soll, entfernt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturen der Maske und des Substrats mit Licht unterschiedlicher Wellenlänge in eine gemeinsame Bildebene scharf abgebildet werden.

2) Optisches Justierverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Abbildung ein Objektiv verwendet wird, das für die beiden verwendeten Lichtweilenlängen derart optimal korrigiert ist, daß in einer gemeinsamen Bildebene die Maskenstruktur durch die eine Lichtwellenlänge und die Substratstruktur durch die andere Lichtwellenlänge scharf abgebildet wird .

3) Optisches Justierverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Maskenstruktur und die Substratstruktur über getrennte Strahlengänge mit einer durch Filter bestimmten Lichtwellenlänge über eine jedem Strahlengang zugeordnete gesonderte Optik scharf in eine beiden Strahlengängen gemeinsame Bildebene abgebildet wird.

4) Optisches Justierverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Proximity-Abstand zwischen der Maske und dem Substrat ca. 20 100 μΐη beträgt.

5) Optisches Justierverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch seine Verwendung für die Röntgenlithographie.

6) Optisches Justierverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das für die Justierung verwendete Licht unterschiedlicher Wellenlänge so gewählt ist, daß es auf dem Substrat befindliche Photolacke nicht belichtet.